广州奇芯-一文带你了解数控技术、数控机床（上）-奇芯机器人

2023-01-04 10:00:00

广州奇芯-一文带你了解数控技术、数控机床（上）-奇芯机器人

阔别了多年的课堂，拜别了多年的师傅，现在是否还记得何为数控技术、何为数控机床。广州奇芯为此特意准备了一些资料，跟各位数控系统从业者、机床加工从业者分享回味数控技术与数控机床。这期干货比较干，将分为两期为大家分享。

一、数控技术与数控

数控技术，简称数控（NumericalControl——NC），它是一种利用数字信息控制机械运动和加工过程的方法。由于现代数控由计算机控制，也可以称为计算机数控（ComputerizedNumericalControl—CNC）。

为了控制机械运动和加工过程中的数字信息，必须有相应的硬件和软件。实现数字信息控制的硬件和软件已成为数控系统（NumericalControlSystem），数控系统的核心是数控装置（NumericalController）。

采用数控技术控制的机床称为数控机床（NC机床)。它是一种典型的机电一体化产品，综合应用于计算机技术、自动控制技术、精密测量技术和机床设计，是现代制造技术的基础。控制机床也是数控技术中应用最早、应用最广泛的领域。因此，数控机床的水平代表了当前数控技术的性能、水平和发展方向。

数控机床种类繁多，包括钻铣镗床、车削、磨削、电加工、锻压、激光加工等特殊用途的专用数控机床等。所有采用数控技术控制的机床统称为NC机床。

自动换刀装置ATC（AutomaticToolChanger—ATC）数控机床(带回转刀架的数控机床除外)称为加工中心（MachineCenter—MC）。通过刀具的自动交换，可以一次安装和夹紧工件，实现工艺集中和工艺复合，缩短辅助加工时间，提高机床效率，减少工件安装、定位次数，提高加工精度。加工中心是数控机床中产量最大、应用最广泛的机床。

在加工中心的基础上，增加多工作台（托盘）自动交换装置（AutoPalletChanger—APC）以及其他相关装置，加工单元称为柔性加工单元（FlexibleManufacturingCell—FMC）。FMC它不仅是工艺的集中和工艺的结合，而且通过工作台（托盘）的自动交换和相对完善的自动监控和监控功能，可以进行一定时间的无人加工，进一步提高设备的加工效率。FMC既是柔性制造系统FMS（FlexibleManufacturingSystem）其基础，又可作为独立的自动化加工设备使用，因此其发展速度较快。

在FMC在加工中心的基础上，通过增加物流系统、工业机器人及相关设备，由中央控制系统集中、统一控制和管理，称为柔性制造系统FMS（FlexibleManufacturingSystem）。FMS它不仅可以进行长时间的无人化加工，还可以实现各种零件的全部加工和零件组装，实现车间制造过程的自动化。它是一个高度自动化的先进制造系统。

随着科学技术的发展，为了适应多变的市场需求，现代制造业不仅需要发展车间制造过程的自动化，还需要实现从市场预测、生产决策、产品设计、产品制造到产品销售的全面自动化。完整的生产制造系统被称为计算机集成制造系统（ComputerIntegratedManufacturingSystem-—CIMS）。CIMS将更长的生产经营活动有机整合，实现更高效、更灵活的智能生产，是自动化制造技术发展的最高阶段。CIMS其中，不仅是生产设备的集成，更是以信息为特征的技术集成和功能集成。计算机是集成的工具，计算机辅助的自动化单元技术是集成的基础，信息和数据的交换和共享是集成的桥梁。最终产品可视为信息和数据的物质体现。

二、数控系统及其组成

数控系统是所有数控设备的核心。数控系统的主要控制对象是坐标轴的位移（包括移动速度、方向、位置等）。其控制信息主要来自数控加工或运动控制程序。因此，数控系统最基本的组成部分应包括∶程序输入/输出装置、数控装置、伺服驱动三部分。

输入/输出装置的功能是输入和输出数据，如数控加工或运动控制程序、加工和控制数据、机床参数和坐标轴位置、检测开关状态等。键盘和显示器是任何数控设备最基本的输入/输出装置。此外，根据数控系统的不同，还可以配备光电阅读器、磁带机或软盘驱动器。计算机作为外围设备，是目前常用的输入/输出装置之一。

数控装置数控装置是数控系统的核心。它由输入/输出接口线、控制器、计算器和存储器组成。数控装置的功能是通过内部逻辑电路或控制软件编译、计算和处理输入装置输入的数据，输出各种信息和指令，控制机床各部分的规定动作。

在这些控制信息和指令中，最基本的是坐标轴的进给速度、进给方向和进给位移指令。它通过插入操作生成，提供伺服驱动，通过驱动器放大，最终控制坐标轴的位移。它直接决定了刀具或坐标轴的运动轨迹。

此外，根据不同的系统和设备，如∶在数控机床上，也可能有主轴的转速、转向和启动、停止指令；刀具的选择和交换指令；冷却、润滑装置启动、停止指令；松开工件、夹紧指令；工作台分度等辅助指令。在数控系统中，它们通过接口以信号的形式提供给外部辅助控制装置，辅助控制装置对上述信号进行必要的编译和逻辑操作，放大后驱动相应的执行装置，驱动机床机械部件、液压气动等辅助装置完成指令规定的动作。

伺服驱动伺服驱动通常由伺服放大器（又称驱动器、伺服单元）和执行机构组成。在数控机床上，交流伺服电机一般用作执行机构；在先进的高速加工机床上，直线电机已经开始使用。此外，直流伺服电机也用于20世纪80年代以前生产的数控机床；对于简单的数控机床，它也被用作执行器。伺服放大器的形式取决于执行器，必须与驱动电机一起使用。

以上是数控系统最基本的组成部分。随着数控技术的发展和机床性能水平的提高，对系统的功能要求也越来越高。为了满足不同机床的控制要求，保证数控系统的完整性和统一性，方便用户使用，常用的先进数控系统一般采用内部可编程控制器作为机床的辅助控制装置。此外，在金属切割机床上，主轴驱动装置也可以成为数控系统的一部分；在闭环数控机床上，测量和检测装置也是数控系统必不可少的。对于先进的数控系统，有时甚至采用计算机作为系统的人机界面和数据管理、输入/输出设备，使数控系统功能更强、性能更完善。

简而言之，数控系统的组成取决于控制系统的性能和设备的具体控制要求了加工程序的输入/输出装置、数控装置和伺服驱动，还可能有更多的控制装置。图1-1的虚线框部分表示计算机数控系统。

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